堆栈技术在余热发电站监控系统中的应用

李超群

(广州若恒工控设备有限公司,广州)

  摘要：本文介绍了基于西门子PLC的堆栈技术在余热发电站中的应用。并且阐述了如何运用堆栈技术完成同一设备的轮流启动；以及如何依据Siemens TIA中的“统一数据管理”的概念，实现手动控制与自动控制并行运行、无扰动模式切换等功能。

  关键词：堆栈 余热发电站 无扰动 PLC

Abstract

This paper is introduces that based on the Siemens PLC Stack Technology in the application of waste heat power station, elaborated how completes the identical equipment using the Stack technology in turn start, elaborated based on the "unified data management" concept of Siemens TIA, How to achieve Parallel operation of a manual control and automatic control, mode switching function without disturbance.

Key Words:    STACK   WASTE HEAT POWER STATION    WITHOUT DISTURBANC

正文：

一、 项目简介

二、 系统工艺说明

余热发电厂主要是利用火力发电厂在发电过程排放出来的废气，供给余热锅炉，加热锅炉水管束中的冷水，使其相变而成为蒸汽，进而推动汽轮机，使汽轮机带动发电机旋转进行发电；蒸汽推动汽轮机之后排放出来的废气的温度还相当高，为了充分使用这些废气资源，在汽轮机的尾部用大量的冷却水来冷却这些废气，冷却水从蒸汽中吸收热量，变成热水，再送回余热锅炉去循环使用。余热发电监控系统启动后，不断监测系统的现场环境（高压汽包压力、水位，过热蒸汽压力，除氧器水位，热井水位等），进行环境安全控制，保证系统的安全；当系统检测到柴油发电机已并网发电时，启动相关的控制对象（如加压泵、冷却系统等）以及开启相应的阀门对水进行循环加热产生高压蒸汽，驱动汽轮机进行发电，并根据柴油发电机的当前实际发电功率，计算并控制高压蒸发器入口阀、过热蒸汽入口阀打开的数量、控制风门的开度等来达到余热发电功率的智能控制。对于控制系统的具体配置要求如下：

1)      本PLC自动控制系统配置两台（或以上）普通计算机，两台计算机的显示及控制功能需相同。正常运行时，一台负责监测和控制余热发电热力系统，另一台则负责监测和控制汽轮发电机系统；

2)      计算机采用动态系统模拟图方式显示和控制、动态光柱方式显示和控制、动态仪表方式显示和控制、动态运行数据曲线显示和控制等形式对余热发电热力系统和汽轮发电机系统进行监控；

3)      设备的使用要平衡，同类设备（如水泵、阀门、冷却塔风机等）的启用先后次序应采用轮流启用或随机选择方式，避免长期单一使用同一设备；

4)      同类多台的设备（如水泵、阀门、冷却塔风机等），必须要设置开启数量的检测和记忆电路，若当其中一台设备的某个条件要求其关闭时（如其中一台柴油发电机解列后，对应的高压蒸发器入口阀、过热器入口阀、预热器入口阀、低压蒸发器入口阀等会自动关闭），检测电路就会检测到缺少一台设备，此时，自动控制系统会自动开启符合开启条件的另一台；

5)      当在自动运行状态下人为地退出自动运行状态时，系统的工作状态亦保持不变，即实现无扰动转换；如系统在退出自动运行状态下人为地转换到自动运行状态时，系统会根据当前的运行状态按编好的程序进行自动调整。

三、         控制系统构成

1、控制部分硬件组成

Siemens S7-300是模块化中小型 PLC 系统，无排风扇结构，它易于实现分布、易于用户掌握等的特点使得S7-300成为实现各种控制任务方便又经济的解决方案。WinCC是一款通用型SCADA软件，适合所有工业领域的解决方案，内置齐全的操作和管理功能，可简单、有效地对系统进行组态。它采用开放性标准，且集成简便，是“全集成自动化”的组成部分。因此，在余热发电站监控系统中使用西门子300系列PLC作为逻辑控制器，西门子WinCC软件作为上位机组态软件。

2、系统结构图

（图3 监控系统主画面）

（图4 发电机组监控画面）

DB_NO: 队列数据块所在的数据块号；

Table_Pointer: 同类设备运行表的偏移指针地址；

Num：需要判断运行状态的控制对象的相应编号；

Out：运行状态输出。

西门子PLC的其中一个特色就是可以灵活使用指针变量进行编程。在该控制模块中，我们使用了指针化的方式进行编程，简化了程序的结构，增强了程序的可读性，程序代码如下：

 

 

（图6 运行表处理模块代码）

 2.2、同类多台设备的控制

 

系统中的大部分设备首先是受发电厂的对应柴油发电机并网情况决定是否可以开启，其次设备的控制应采用轮流启用或随机选择方式（部分设备的启停是跟随其它设备的启停而启停）。基于以上要求，我们采用堆栈技术对同类设备进行控制，实现步骤如下：

  2.2.1、建立设备数据表

西门子PLC的组态编程软件――Step 7功能强大的表现之一就是可以建立多种复杂的数据，使数据管理变得方便。首先，我们根据前面所建立的队列数据块，把不受发电厂柴油发电机并网情况决定是否可以开启的设备的对应编号预先写入待运行表中，而把受发电厂柴油发电机并网情况决定是否可以开启的设备的对应编号在条件满足时，使用西门子提供的ATT（FC84）功能填入对应设备的待运行表中。

 

2.2.2、入栈、出栈控制

根据启停方式的不同，出入栈控制主要有轮流启用方式出入栈控制和随机选择方式出入栈控制这两种。下面，我们分别对两种控制方式的实现过程进行介绍。

 

    A．轮流启用方式出入栈控制

运行（开启）时，根据系统需要，首先使用西门子提供的FIFO（FC85）功能对待运行表进行出栈处理，然后把出栈的数据使用西门子提供的ATT（FC84）功能填入对应设备的运行表；停止（关闭）时，根据系统需要，首先使用西门子提供的FIFO（FC85）功能对运行表进行出栈处理，然后把出栈的数据使用西门子提供的ATT（FC84）功能填入对应设备的待运行表。

B．随机选择方式出入栈控制

  因部分设备的启停是跟随其它设备的启停而启停，故设备的启停顺序是不可预知的，所以我们采用了查表、排序、出入栈三步来完成，并编写标准的“表管理”功能（如图8）。下面分别介绍如何完成各个步骤：

 

（图7 表管理功能）

a) 查表

为了确定该设备可不可用，我们使用西门子提供的TBL_FIND（FC86）功能对待运行表进行查询，得到设备对应的编号在待运行表中的表号。

b）排序

 为了不影响设备的队列顺序，方便运行表或待运行表的出栈，首先对查表得到的表号进行有限性判断。表号无效，则执行系统的容错处理；表号有效，则对运行表或待运行表进行重新排序，把需要出栈的数据（编号）排在表头，其它数据后移一位。程序代码如下：

（图8 排序处理模块代码）

 C）出入栈

      使用西门子提供的FIFO（FC85）功能对待运行表（运行表）进行出栈处理，然后把出栈的数据使用西门子提供的ATT（FC84）功能填入对应设备的运行表（待运行表）。

 

3、系统调试

因余热发电系统的启动受诸多条件影响，并且余热发电系统的整个正常停机过程需要1个多小时，所以现场条件不允许我们进行反复启停余热发电站监控系统进行调试，因此我们到现场调试时必须保证余热发电站监控系统98%以上的功能与逻辑不存在大的障碍与改动。为此，我们设计了一个可以模拟现场所有信号的模拟试验箱，并编写了详细的调试步骤，反复调试、测试，不但节省了现场调试的时间，还减少了资源的浪费。

 

五、项目运行

   系统目前进入试运行阶段，情况良好。

 

六、应用体会

    西门子SCADA软件――WinCC功能强大，具备了过程控制系统的所有特性和功能，并可以灵活使用第三方控件，使用VBS、C语言进行编程，减少了编程者的工作量。西门子300系列PLC，模块化设计，系统的扩展性强；西门子300系列PLC具有完善的故障自诊断系统，便于系统的调试；西门子300系列PLC指令丰富，并提供了大量标准功能的块，灵活利用可大大简化组态的繁杂工序，并可以缩短工程的周期。

 

注：该论文已发表于《PLC & FA》（2006年12月增刊<论文集集锦>），任何组织或个人不得以商业行为转载！